通信系统中常用随机数的产生以及信道模型的分析仿真毕业设计论文(编辑修改稿)

通信系统中常用随机数的产生以及信道模型的分析仿真毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

................................................ 26 信道模型与其相关随机数关系分析 ........................................................ 26 相关随机数产生算法及 MFC 仿 真 结果 .................................................. 26 第 4 章 高 速铁路 信道模型 ................................................................................................ 29 高速铁路信道 研究背景 ........................................................................................ 29 高速铁路 电波传播统计特征 ................................................................................ 30 电波入射相位 ............................................................................................. 30 多径径数 ..................................................................................................... 31 衰减系数 .................................................................................................... 32 ..................................................................................................... 33 高速铁路信道 建模 ................................................................................................ 33 结 论 .............................................................................................................................. 37 致 谢 .............................................................................................................................. 38 参考文献 .............................................................................................................................. 39 西南交通大学 本科 毕业设计（论文） 第 1 页 第 1 章 绪 论 研究背景和意义 随着世界经济的快速发展，用户对于数据通信与多 媒体业务的需求也与日俱增，而现代移动通信的特点：通信终端的移动速度更大，通信的环境导致 电波传输条件更复杂，噪声和干扰更加严重，系统和网络结构也更加的复杂，要求的频带利用率和设备的性 能也更好。 随之通讯技术也日新月异 ，从 GSM、 GPRS 到 3G 再到 4G， 通信技术 不断 的 演进。 最早的移动通信电话 采用的是 模拟蜂窝通信技术， 它 只能提供区域性 的 语音业务，而且通话 的质量很 差、保密性能也不好，用户 接听 的 范围也 很 有限。 随着移动 通信业务 的 迅猛发展，用户 的数量也 增长迅速，传统的通信模式已经满足 不了 人们 对于 通信的 要求 ，在这种情况下就出现了 GSM 通信技术，该技术 主要 用的是窄带 时分多址技术 (TDMA)，允许在一个 射频 同时进行 8 组通话。 它是根据 欧洲 电信标准 组织 ETSI 制定的数字移动通信标准 而确定的 频率 范围在 900～ 1800MHz 之间的数字移动 通信 系统。 该系统 自 90 年代中期投入商用以来 ，已经在 100 多个国家 正式运营， GSM 标准 的设备占据全球蜂窝移动通信设备市场的 80%以上。 GSM 数字网 的特点就是它 符合用户 较强的保密性和抗干扰性，音质清晰，通话稳定 ，并具备容量大，频率资源利用率高， 接口 开放，功能强大等 需求。 随着用户对通信要求的进一步提高， GSM 就出现了 其一定的缺陷， 针对 GSM 通信出现的缺陷，人们在 2020 年又推出了一种新的通信技术 GPRS，该技术是在 GSM的基础上的一种过渡技术。 GPRS 的推出标志着人们在 GSM 的发展史上迈出了意义最重大的一步， GPRS 在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线 IP 和 分组数据接入服务。 在新兴通信技术的不断推动之下 ， 3G 系统开始商用，全球存在四种标准：CDMA20 WCDMA、 TDSCDMA、 WIMAX。 该技术能为用户带来了最高 2Mbit/s的 数据传输速率 ，在这样的条件下，计算机中应用的任何媒体都能通过无线网络轻松的传递。 WCDMA 通过有效的利用宽频带，不仅能顺畅的处理声音、图像数据、与互联网快速连接；此外 WCDMA 和 MPEG4 技术结合起来还可以处理真实的动态图像。 人们之间沟通的瓶颈会由 网络传输速率 转变为各种新型应用的提供：如何让无线网络更好的为人们服务而不是给人们带来骚扰，如何让每个人都能从信息的海洋中快速的得到自己需要的信息，如何能够方便的携带、使用各种终端设备，各种终端设备之间如何更好的自动协同工作等等。 在上述通信技术的基础之上，无线通信技术最终 必然会 迈向 4G 通信技术时代。 随着 高速铁路的迅速发展，对高速可靠的无线传输的需求也日益迫切。 高速列车 西南交通大学 本科 毕业设计（论文） 第 2 页 上也希望能够接入电话、 因特网络，并拥有良好的通信质量，因此新的高铁信道模型也随之产生。 然而高速铁路时变多径的传播环境造成了传输环境的复杂多变性和列车300km/h 以上的快速行驶速度，使高速铁路无线移动通信系统的性能受到了严重的影响，其主要表现是：传播损耗、慢衰落、快衰落、时间选择性衰落、频率选择性衰落和空间选择性衰落，同时受远近效应、小区内干扰、小区间干扰、同频干扰和码间串扰等干扰。 对于通信系统随机数的研究，是通信系统信道模型仿真的基础，而 再复杂的信道模型也都是由一些常用的随机数衍生而成， 例如 高铁信道模型的仿真分析过程涉及到的多径径数、传播时延、电波入射相位和衰减系数等参数的分布特性也同样与常用分布随机数相关。 因此，基于随机数仿真的信道建模研究对 通信的发展与我国的高速铁路发展 具有重要 的现实 意义。 当前 研究现状 对于复杂的信道模型而言， 尽管瑞利和莱斯分布确实能够在很多情况下对信号通过衰落信道后的包络进行很好的建模，然而，在实际的无线环境测试中，发现Nakagami 分布提供了更好的与实际测试的匹配度。 该分布的提出最初为电离层和同温层的信道 快速衰落建模时，发现该分布与实测数据较为温和，也适用于陆地移动通信模型。 而对于高速铁路信道模型， 由于高速铁路时变的多径传播环境造成了传输信道的复杂多变性和列车较快行驶速度，使高速铁路无线移动通信系统的性能受到影响，主要表现在传播损耗、慢衰落、快衰落、时间选择性衰落、频率选择性衰落、空间选择性衰落，同时易受远近效应、小区内干扰、小区间干扰、同频干扰、码间串扰等严重千扰。 近年来，伴随着经济和社会的快速发展，世界各国特别是中国的高速铁路行业迅猛发展， 高铁信道模型的仿真也成为通信信道模型研究的 关键 以及 各国争相的热点。 本 文的主要工作 本文先研究了均匀、指数、泊松、正态等通信系统 中 常用随机数的基本知识及 产生算法，并在 MFC 中仿真实现 各分布 随机数的产生。 接着介绍了 高斯白噪声 (AWGN)、瑞利衰落、莱斯衰落和 nakagami 衰落四种典型信道模型与其相关随机数的关系分析 ，并在 MFC 中仿真实现与各典型信道模型相关的随机数的产生。 最后研究了眼前的研究热门 —— 高铁信道模型。 主要介绍了该信道的主要特征以及 该信道 以 Jakes 信道仿真模型为基础 的多径效应信道模型。 本 文的组织结构 第 1 章简单介绍了课题研究的背景及意义、 通 信系统常用随机数的研究现状 和论 西南交通大学 本科 毕业设计（论文） 第 3 页 文内容与结构。 第 2 章主要介绍了均匀分布、指数分布、 韦伯分布 等通信系统常用随机数的 基本知识及相关应用，并在 MFC 中实现了各分布随机数的仿真。 第 3 章介绍了 高斯白噪声 (AWGN)、瑞利衰落、莱斯衰落和 nakagami 衰落四种典型信道模型与其相关随机数的关系分析。 并在此基础上利用第 2 章的常用分布随机数在 MFC 中实现与典型信道模型相关的随机数的仿真。 第 4 章主要 介绍了 高速铁路对移动通信系统的要求及高速铁路通信信道的建模，以及仿真过程中涉及的各参数 的 分布特性。 西南交通大学 本科 毕业设计（论文） 第 4 页 第 2 章 通信系统常 用随机数 均匀分布随机数 概念及主要特点 设连续型随机变量 X 的分布函数为 ： ( ) ( ) / ( ) ,F x x a b a a x b     (21) 则称随机变量 X 服从 [a,b]上的均匀分布 ,记为 [ , ]X U a b。 若 12[ , ]xx 是 [a,b]的任一子区间 ,则 ：    1 2 2 1P { x x x } x x / b a     (22) 这表明 X 落在 [a,b]的子区间内的概率只与子区间长度有关 ,而与子区间位置无关 ,因此 X 落在 [a,b]的长度相等的子区间内的可能性是相等的 ,所谓的均匀指的就是这种等可能性。 在实际问题中 ,当我们无法区分在区间 [a,b]内取值的随机变量 X 取不同值的可能性有何不同时 ,我们就可以假定 X 服从 [a,b]上的均匀分布。 产生算法及 MFC 仿真结果 产生 均匀分布随机数的常用算法 [1]： 1 ( ) m od ( )nnX aX c m  (23) 其中， a、 c、 m 都是整数， mod 表示求模运算。 该算法产生的随机数是整数，如果要产生区间 [a,b]上的均匀分布的连续随机变量 Y，算法是： ()XY a b am   (24) C 语言的系统库函数提供了产生均匀分布随机数烦的函数。 函数原型： int rand(void)；函数功能：产生 0_RAN D M AX之间的随机整数；头文件：。 产生 400 个 0 400 的 均匀分布 随机数： case 0： for(i=0。 i400。 i++) {/MFC 对话框内绘图 / {m_point[1].x=+i。 /对话框 横坐标 i/ m_point[1].y=+(rand()%400)。 /产生 0400 均匀分布 随机数作为纵坐标 / pEditDCSetPixel(m_point[1],RGB(0,0,0))。 } Sleep(1)。 西南交通大学 本科 毕业设计（论文） 第 5 页 } break； MFC 仿真结果 如图 21 所示。 图 21 均匀分布 仿真 结果 二项分布随机数 概念及主要特点 二项分布 ， 即重复 n 次的伯努力试验， 描述随机现象的一种常用概率分布形式，因 为 与二项式展开式相同而得名。 用ξ表示随机试验的结果 ， 如果事件发生的概率是 p,则 反面 不发生的概率q=1p， N 次独立重复试验中发生 K 次的概率 ： ( ) ( , ) (1 )k n kP K C n k p p    (25) 其中 C(n, k) = n!/(k! * (nk)!)， P 称为 发生 K 次的概率。 记作 ( , )B n p ， 期望 :Eξ=np， 方差 :Dξ=npq。 如果 ： 在每次试验中只。